manual de pavimentação - versão inicial

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Author: angelolucena

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  • DNIT

    MINISTRIO DOS TRANSPORTESDEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES

    DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISACOORDENAO-GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA

    INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIRIAS

    MANUAL DE PAVIMENTAO

    2005

    VERSO PRELIMINARVERSO PRELIMINAR

  • MINISTRO DOS TRANSPORTESAlfredo Pereira do Nascimento

    DIRETOR GERAL DO DNITAlexandre Silveira de Oliveira

    DIRETOR DE PLANEJAMENTO E PESQUISALuziel Reginaldo de Souza

    COORDENADOR-GERAL DE ESTUDOS E PESQUISAWagner de Carvalho Garcia

    COORDENADOR DO INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIRIASChequer Jabour Chequer

    CHEFE DE DIVISO - IPRGabriel de Lucena Stuckert

  • MANUAL DE PAVIMENTAO

  • REVISO

    Engesur Consultoria e Estudos Tcnicos Ltda

    EQUIPE TCNICA: Eng Jos Luis Mattos de Britto Pereira

    (Coordenador) Eng Zomar Antonio Trinta

    (Supervisor) Eng Roberto Young

    (Consultor)

    Tec Marcus Vincius de Azevedo Lima (Tcnico em Informtica)

    Tec Alexandre Martins Ramos (Tcnico em Informtica)

    Tec Clia de Lima Moraes Rosa (Tcnica em Informtica)

    COMISSO DE SUPERVISO: Eng Gabriel de Lucena Stuckert

    (DNIT / DPP / IPR) Eng Mirandir Dias da Silva

    (DNIT / DPP / IPR)

    Eng Jos Carlos Martins Barbosa (DNIT / DPP / IPR)

    Eng Elias Salomo Nigri (DNIT / DPP / IPR)

    2 EDIO Rio de Janeiro, 1996 CONSULTORES RESPONSVEIS: Eng Salomo Pinto Eng Ernesto Preussler Eng Clauber Santos Campello Eng Henrique Alxis Ernesto Sanna

    EngRegis M. Rodrigues Eng Joo Menescal Fabrcio Eng Alayr Malta Falco Eng Arjuna Sierra

    COMISSO DE REVISO TCNICA Eng Slvio Figueiredo Mouro (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem) Eng Abner vila Ramos (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem) Eng Alberto Costa Mattos (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem) Eng Jorge Nicolau Pedro (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem) Eng Celito M. Brugnara (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem) Eng Gervsio Rateke (Departamento Nacional de Estradas de Rodagem) Eng Henrique Wainer

    (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) Eng Guioberto Vieira Rezende (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) Eng Paulo Jos Guedes Pereira (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) Eng Galileo A. de Arajo (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) Eng Reynaldo Lobianco (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) Eng Belmiro P.T. Ferreira Associao Brasileira de Normas Tcnicas) Econ. Nilza Mizutani (Associao Brasileira de Normas Tcnicas)

    1 EDIO ELABORADA EM 1960 POR: Eng Rosendo de Souza Eng Alosio Bello Gomes de Mattos Eng Guilherme Furtado Schmidt Eng Antnio Pimenta Eng Renato Ribeiro Alves Eng Edmilson Tavares Lemos Eng Paulo Alvim Monteiro de Castro Eng Ernesto Baron Eng Washington Juarez de Brito Eng Francisco Assis Baslio Eng Jos de Arimatha Machado Eng Francisco de Faria Vaz Eng Armando Martins Pereira Eng Galileo Antenor de Arajo Eng Francisco Bolvar Lobo Carneiro

    Eng Gontran do Nascimento Maia Eng Hlio Melo Pinto Eng Henrique Alxis Ernesto Sanna Eng Heretiano Zenaide Filho Eng Jacques de Medina Eng Mrio Kabalem Restom Eng Joo Maggioli Dantas Eng Murillo Lopes de Souza Eng Paulo de Castro Benigno Qumico Raimundo Isalo Vieira Qumico Paulo Baptista Rodrigues Eng Ruy Barbosa da Silva Eng Rafael Gontijo de Assuno Eng Saul Birman Qumica Wanda Trigo Loureiro

    Brasil. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de

    Transportes. Diretoria de Planejamento e Pesquisa.

    Coordenao Geral de Estudos e Pesquisa.

    Instituto de Pesquisas Rodovirias.

    Manual de pavimentao. 3.ed. - Rio de Janeiro,

    2005.

    334p. (IPR. Publ., xxxx).

    1. Pavimentao Manuais. I. Srie. II. Ttulo.

    Impresso no Brasil / Printed in Brazil

  • MINISTRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES

    DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAO GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA

    INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIRIAS

    MANUAL DE PAVIMENTAO

    3 Edio

    VERSO PRELIMINAR

    Rio de Janeiro 2005

  • MINISTRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAO GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIRIAS

    Rodovia Presidente Dutra, Km 163, Vigrio Geral, Rio de Janeiro, 21240-000, RJ

    Tel.: (0XX21) 3371-5888 Fax.: (0XX21) 3371-8133 E-mail.: [email protected]

    TTULO: MANUAL DE PAVIMENTAO

    Primeira Edio: 1960

    Reviso: DNIT / Engesur Contrato: DNIT / Engesur PG 157/2001-00

    Aprovado pela Diretoria Colegiada do DNIT em

  • APRESENTAO

    O Instituto de Pesquisas Rodovirias do Departamento de Infra-Estrutura de Transportes, dando prosseguimento ao Programa de Reviso e Atualizao de Normas e Manuais Tcnicos vem apresentar Comunidade Rodoviria a 3 Edio do seu Manual de Pavimentao. As obras de pavimentao rodoviria tiveram um grande incremento na dcada de 50, quando, fruto do intenso intercmbio de tcnicos do DNER, produziu-se uma grande transferncia de tecnologia oriunda dos Estados Unidos da Amrica do Norte. Houve, em conseqncia, a necessidade de normalizar e uniformizar as especificaes de servios e as tcnicas de construo, dando, pois, em funo do esforo de um grupo de tcnicos do DNER, origem 1 Edio do Manual de Pavimentao, em 1960. Esse Manual foi amplamente utilizado, tendo em vista a realizao de programas intensivos de pavimentao lanados em seguidos exerccios, propiciando, inclusive, a instalao de um parque industrial com empresas de construo altamente eficientes. Ocorre que o progresso tecnolgico presente ao longo dos anos, no s quantos aos materiais e tcnicas de construo, mas tambm quanto aos equipamentos em uso, conduziu necessidade de reviso e atualizao da 1 Edio do Manual. Em 1996 procedeu o DNER, sob a Coordenao do IPR, a reviso e atualizao supracitadas, dando origem 2 Edio do Manual de Pavimentao. Passados praticamente 10 anos da 2 Edio, e tendo permanecido em evoluo o processo de progresso tecnolgico, julgou o DNIT ser apropriado que se procedesse a um novo processo de reviso e atualizao do Manual que, ainda sob a Coordenao do IPR, d origem a esta 3 Edio do Manual de Pavimentao. A par da adequao das atividades ambientais (Captulo 5) aos mais recentes procedimentos metodolgicos estabelecida pelo DNIT, e de pequenos ajustamentos na redao dos textos, e na montagem dos quadros e grficos ilustrativos, do processo de reviso e atualizao agora realizado resultou basicamente um re-ordenamento dos diversos temas que constituem o Manual, no tendo havido modificaes conceituais que pudessem implicar em seu contedo tcnico. Assim, o IPR apreciaria receber quaisquer comentrios, observaes e crticas que possam contribuir para o aperfeioamento da tcnica e do estado da arte das atividades de pavimentao rodoviria.

    Eng Chequer Jabour Chequer Coordenador do Instituto de Pesquisas Rodovirias

    Endereo para correspondncia: Instituto de Pesquisas Rodovirias A/C Diviso de Capacitao Tecnolgica Rodovia Presidente Dutra, Km 163, Centro Rodovirio, Vigrio Geral, Rio de Janeiro CEP 21240-330, RJ

    Tel.: (21) 2471-5785 Fax.: (21) 2471-6133 e-mail: [email protected]

  • LISTA DE ILUSTRAES

    Figura 1 Perfil Resultante da Decomposio das Rochas ...................................... 18 Figura 2 Local de Solos Transportados ................................................................... 19 Figura 3 As Bases Sucessivas de Construo de Rodovias na Baixada ................ 21 Figura 4 Depsito de Tlus...................................................................................... 22 Figura 5 ndices Fsicos........................................................................................... 26 Figura 6 Correlao entre os Diversos ndices Fsicos............................................ 28 Figura 7 Resistncia ao Cisalhamento .................................................................... 30 Figura 8 Dimenses das Partculas ......................................................................... 33 Figura 9 Prensa para ndice de Suporte Califrnia .................................................. 39 Figura 10 Curva Presso-Penetrao ....................................................................... 40 Figura 11 Curvas de Massa Especfica ..................................................................... 40 Figura 12 Grfico de Compactao ........................................................................... 42 Figura 13 Curvas de Compactao para Diferentes Energias................................... 43 Figura 14 Evoluo de um Solo Compactado ao Sofrer o Efeito do Trfego ............ 47 Figura 15 Fatores que Afetam o Mdulo Resiliente................................................... 53 Figura 16 Esquema do Equipamento para Ensaios Triaxiais Dinmicos................... 54 Figura 17 Grfico de Plasticidade.............................................................................. 61 Figura 18 Mtodo Auxiliar de Identificao de Plasticidade em Laboratrio.............. 62 Figura 19 baco para Classificao MCT.................................................................. 68 Figura 20 Classificao Resiliente de Solos Granulares ........................................... 71 Figura 21 Classificao Resiliente de Solos Finos .................................................... 73 Figura 22 Variao da Relao Mdulo CBR com Classificao MCT...................... 77 Figura 23 Grfico CBR Versus Porcentagem de Argila ............................................. 78 FIgura 24 Curva de Granulometria de Agregados ..................................................... 80 Figura 25 Curva de Distribuio Granulomtrica ....................................................... 81 Figura 26 Esquema de um Gro de Agregado .......................................................... 84 Figura 27 Esquema de Determinao de Densidade de um Agregado..................... 85 Figura 28 Esquema Simplificado das Fases da Emulso Asfltica ........................... 95 Figura 29 Esquema dos Ligantes Betuminosos......................................................... 97 Figura 30 Sensibilidade do CAP em Relao s Variaes de Temperaturas .......... 100 Figura 31 Suscetibilidade Trmica em Termos de Penetrao ................................. 101 Figura 32 Relao Temperatura Versus Viscosidade................................................ 104 Figura 33 Esquema da Experincia de Newton para Determinao de Viscosidade 106 Figura 34 Determinao do Coeficiente de Viscosidade ........................................... 107 Figura 35 Esquema do Ensaio de Determinao de Polaridade dos Glbulos de CAP114 Figura 36 Classificao das Bases e Sub-bases Flexveis e Semi-rgidas................ 138 Figura 37 Classificao dos Revestimentos .............................................................. 140 Figura 38 Esquema da Seo Transversal do Pavimento......................................... 147

  • Figura 39 Raio de Curva Circular .............................................................................. 149 Figura 40 Determinao de LC.................................................................................. 150 Figura 41 Curva de Transio ................................................................................... 155 Figura 42 Superelevao........................................................................................... 158 Figura 43 Esquema de Superelevao...................................................................... 158 Figura 44 Croqui de Marcao de Note (Trecho em Tangente) ................................ 163 Figura 45 Croqui de Marcao de Note (Trecho em Curva) ...................................... 164 Figura 46 Converso para Representao dos Materiais.......................................... 174 Figura 47 Perfil Longitudinal com Indicao dos Grupos de Solos............................ 175 Figura 48 Esquema de Sondagem para Prospeco de Materiais............................ 176 Figura 49 Anlise Estatstica dos Resultantes de Sondagens................................... 180 Figura 50 Planta das Situao das Ocorrncias........................................................ 181 Figura 51 Perfis de Sondagens Tpicas..................................................................... 182 Figura 52 Fatores de Equivalncia de Operao....................................................... 185 Figura 53 Determinao de Espessuras do Pavimento............................................. 190 Figura 54 Estrutura do Pavimento Semi-rgido .......................................................... 198 Figura 55 Distribuio de Tenses no Ensaio com FWD .......................................... 202 Figura 56 Fases do Trincamento ............................................................................... 205 Figura 57 Pavimento Invertido ................................................................................... 206 Figura 58 Sees Transversais para Determinao da Largura das reas de

    Contribuio .............................................................................................. 211 Figura 59 Nomograma para Soluo da Equao de Manning ................................. 213 Figura 60 Impluvium Correspondente Largura do Acostamento .......................... 214 Figura 61 Correlao entre as Diversas Rampas e a Capacidade Mxima de Vazo 214 Figura 62 Drenos Profundos em Corte ...................................................................... 217 Figura 63 Alguns Tipos de Drenos Utilizados em Projetos de Rodovias ................... 217 Figura 64 Curvas granulomtricas............................................................................. 219 Figura 65 Trecho em Curva (Contribuio de toda a Plataforma) ............................. 220 Figura 66 Fluxograma Instalao de Britagem Mvel de Pequeno Porte (CAP 25

    m3/h) .......................................................................................................... 252 Figura 67 Fluxograma Instalao de Britagem Mvel de Mdio Porte (CAP 50 m3/h)253 Figura 68 Fluxograma Instalao de Britagem Mvel de Grande Porte (CAP 100

    m3/h) .......................................................................................................... 254 Figura 69 Representao do Aclimatador Frio .......................................................... 256 Figura 70 Posies da Chapa Oscilante.................................................................... 256 Figura 71 Relaes: Abertura e Vazo do Agregado ................................................ 257 Figura 72 Corte A A do Secador............................................................................. 258 Figura 73 Usina com trs Silos Frios e dois Silos Quentes ....................................... 264 Figura 74 Agregado do Secador para Silos Quentes ................................................ 266 Figura 75 Folha de Ensaio......................................................................................... 267 Figura 76 Determinao dos Valores Mmimos para Aceitao de Produtos............ 291

  • Figura 77 Fluxograma de Composio dos Custos Unitrios .................................... 293 Tabela 1 Decomposio de Rochas......................................................................... 17 Tabela 2 Granulometria ............................................................................................ 32 Tabela 3 Correlao das Aberturas das Peneiras em Polegadas e Milmetros........ 32 Tabela 4 Classificao dos Solos (Transportation Research Board)........................ 57 Tabela 5 Sistema Unificado de Classificao de Solos............................................ 60 Tabela 6 Escala Granulomtrica Utilizada pelos Solos ............................................ 63 Tabela 7 Terminologia Usada no Solos.................................................................... 63 Tabela 8 Grupo de Solos.......................................................................................... 64 Tabela 9 Classicao MCT....................................................................................... 69 Tabela 10 Classificao dos Solos Frios (Mtodo Indireto)........................................ 72 Tabela 11 Interrelaes entre a Classificao TRB e a Unificada ............................. 74 Tabela 12 Interrelaes entre a Classificao Unificada e TRB................................. 74 Tabela 13 Valores Possveis de CBR para os Grupos de Solos ................................ 75 Tabela 14 Valores Provveis de CRB para Grupos de Classificao TRB ................ 75 Tabela 15 Interrelao entre a Classificao MCT e a Resiliente .............................. 75 Tabela 16 Relao Mdulo CBR ............................................................................. 77 Tabela 17 Quantidades de CAP e de Diluentes ......................................................... 104 Tabela 18 Especificaes para Cimento Asfltico de Petrleo................................... 109 Tabela 19 Especificaes para Cimento Asfltico de Petrleo do Tipo CAP ............. 110 Tabela 20 Especificaes para Asfaltos Diludos Tipo Cura Rpida .......................... 112 Tabela 21 Especificaes para Asfaltos Diludos Tipo Cura Mdia............................ 113 Tabela 22 Especificaes para Emulses Asflticas Catinicas ................................ 119 Tabela 23 Especificaes para Emulses Asflticas Aninicas ................................. 120 Tabela 24 Especificaes para Emulses de Lama Asfltica..................................... 121 Tabela 25 Especificaes de Alcatres para Pavimentao ...................................... 123 Tabela 26 Sugestes para Utilizao dos Ligantes Betuminosos em Pavimentao. 124 Tabela 27 Parmetros da Composio Qumica da Cal Hidrulica............................ 126 Tabela 28 Resistncia Compresso........................................................................ 126 Tabela 29 Clculo dos Elementos para Relocao de Curvas em Estradas Construdas151 Tabela 30 Estudos de Classe II e III Comprimento de Transio e Utilizao ........ 152 Tabela 31 Valores para Superelevao ..................................................................... 154 Tabela 32 Determinao da Distncia em Curvas de PI Inacessvel ......................... 156 Tabela 33 Valores de Superelevao......................................................................... 167 Tabela 34 Caderneta Tipo (Exemplo Numrico) ...................................................... 162 Tabela 35 Boletim de Sondagem ............................................................................... 168 Tabela 36 Resumo de Resultados de Ensaios........................................................... 171 Tabela 37 Perfil Longitudinal dos Solos ..................................................................... 173 Tabela 38 Granulometria dos Materiais...................................................................... 177

  • Tabela 39 Granulometria para Bases Granulares ...................................................... 184 Tabela 40 Determinao do Fator de Operaes....................................................... 186 Tabela 41 Coeficientes de Equivalncia Estrutural .................................................... 187 Tabela 42 Espessura Mnima de Revestimento Betuminoso ..................................... 188 Tabela 43 Classificao dos Solos Finos Quanto Resistncia ................................ 193 Tabela 44 Valor Estrutural de Camadas Betuminosas ............................................... 194 Tabela 45 Coeficientes de Escoamento Usuais em Rodovias ................................... 212 Tabela 46 Coeficientes de Rugosidade (Manning)..................................................... 213 Tabela 47 Requisitos Bsicos das Mantas Geotxteis............................................... 218 Tabela 48 Compatibilizao das Fases do Empreendimento com as Etapas do

    Licenciamento ........................................................................................... 231 Tabela 49 Matriz de Correlao de Impactos Ambientais de Obras Rodovirias...... 233 Tabela 50 Avaliao de Impactos de Obras Rodovirias

    Fase de Estudos e Projetos....................................................................... 234 Tabela 51 Avaliao de Impactos de Obras Rodovirias

    Fase de Engenharia e Obras..................................................................... 235 Tabela 52 Avaliao de Impactos de Obras Rodovirias Fase de Operao.......... 237 Tabela 53 Definio dos Valores das Aberturas dos Portes do Silo......................... 255 Tabela 54 Massas Acumuladas em t. min.................................................................. 267 Tabela 55 Densidades e Massas Especficas Equivalentes de Materiais Betuminosos a

    600F (15,60C)............................................................................................. 273 Tabela 56 Converso Temperatura Volume Peso para Materiais Betuminosos ..... 274 Tabela 57 Itens servios Equipamentos Utilizados .............................................. 279 Tabela 58 Produo dos Equipamentos..................................................................... 283 Tabela 59 Determinao da Probabilidade de Ocorrncia de z ................................. 289 Tabela 60 Escala Salarial de Mo-de-Obra................................................................ 313 Tabela 61 Pesquisa de Mercado Materiais.............................................................. 314 Tabela 62 Pesquisa de Mercado Equipamentos ..................................................... 315 Tabela 63 Custo Horrio de Utilizao de Equipamentos .......................................... 317 Tabela 64 Produo de Equipes ................................................................................ 320 Tabela 65 Custo Horrio de Equipamentos................................................................ 322

  • SUMRIO

    APRESENTAO .......................................................................................................... 3

    LISTA DE ILUSTRAO................................................................................................ 5

    1 INTRODUO ....................................................................................................... 11

    2 MATERIAIS INCORPORADOS AS OBRAS DE PAVIMENTAO ....................... 15

    2.1. Materiais Terrosos ......................................................................................... 17

    2.2. Materiais Ptreos ........................................................................................... 78

    2.3. Materiais Betuminosos................................................................................... 92

    2.4. Materiais Diversos ......................................................................................... 124

    3 MODALIDADES E CONSTITUIO DE PAVIMENTOS ....................................... 135

    3.1. Generalidades................................................................................................ 137

    3.2. Classificao dos Pavimentos ....................................................................... 137

    3.3. Bases e Sub-Bases Flexveis e Semi-Rgidos............................................... 137

    3.4. Bases e Sub-Bases Rgidas .......................................................................... 139

    3.5. Revestimentos ............................................................................................... 140

    4 PROJETO EXECUTIVO......................................................................................... 143

    4.1. Consideraes Gerais ................................................................................... 145

    4.2. Projeto Geomtrico ........................................................................................ 146

    4.3. Projeto de Pavimentao............................................................................... 165

    4.4. Projeto de Drenagem..................................................................................... 207

    5 INTERFERNCIAS COM O MEIO AMBIENTE...................................................... 223

    5.1. Genrealidades................................................................................................ 225

    5.2. Estudos de Impacto Ambiental ...................................................................... 226

    5.3. Procedimentos Administrativos da AIA .......................................................... 227

    5.4. Impactos Ambientais de Obras Rodovirias .................................................. 230

    6 CANTEIRO DE SERVIOS E INSTALAES INDUSTRIAIS .............................. 239

    6.1. Canteiro de Servios...................................................................................... 241

    6.2. Instalaes de Pedreira e Esquemas de Britagem ........................................ 244

    6.3. Explorao de Pedreira ................................................................................. 248

    6.4. Usinas de Asfalto ........................................................................................... 255

    6.5. Usina de Solos............................................................................................... 270

    7 EQUIPAMENTOS .................................................................................................. 277

  • 7.1. Generalidades................................................................................................ 279

    7.2. Manuteno do Equipamento ........................................................................ 280

    7.3. Operao do Equipamento ............................................................................ 281

    7.4. Produo dos Equipamentos......................................................................... 281

    7.5. Constituio das Equipes .............................................................................. 282

    8 CONTROLE DA QUALIDADE ............................................................................... 285

    8.1. Consideraes Gerais ................................................................................... 287

    8.2. Anlise Estatstica.......................................................................................... 287

    9 RECEBIMENTO E OBSERVAO DE OBRAS .................................................... 293

    9.1. Introduo...................................................................................................... 293

    9.2. Recebimento de Obras .................................................................................. 295

    10 MANUTENO DO PAVIMENTO ......................................................................... 295

    10.1. Consideraes Iniciais ................................................................................... 297

    10.2. Tarefas Tpicas da Manuteno Rodoviria - Terminologia e Definies ...... 299

    11 ESTIMATIVA DE CUSTOS DAS OBRAS .............................................................. 299

    11.1. Estudo Preliminar........................................................................................... 311

    11.2. Pesquisa de Mercado .................................................................................... 313

    11.3. Custos Diretos e Custos Indiretos.................................................................. 313

    11.4. Produo das Equipes................................................................................... 316

    11.5. Custo dos Transportes................................................................................... 318

    11.6. Custo Unitrio de Servios ............................................................................ 319

    11.7. Custos Untirios de servios.......................................................................... 321

    ANEXO A NORMAS E DOCUMENTOS DE CONSULTA............................................ 325

    BIBLIOGRAFIA............................................................................................................... 331

  • 11

    11 -- IINNTTRROODDUUOO

  • 13

    1 INTRODUO

    O presente Manual de Pavimentao tem por objetivo estruturar, de forma acadmica, os procedimentos para a execuo de pavimentos flexveis em rodovias sob a jurisdio do DNIT.

    As obras de pavimento no Brasil, j foram objetos de estudos e prticas de construo, desde longa data, onde experientes tcnicos do ento DNER formularam e desenvolveram tcnicas e procedimentos que se tornaram, com suas atualizaes, o estado de arte na Engenharia Rodoviria.

    A partir da dcada de 50, as tcnicas de pavimentao tiveram um grande incremento proveniente do intercmbio entre tnicas brasileiras e americanas.

    Houve, em conseqncia, a necessidade de normalizar e uniformizar as especificaes de servios e as tcnicas de construo, dando, pois, em funo do esforo de um grupo de tcnicos do DNER, origem 1 Edio do Manual de Pavimentao, em 1960.

    Esse Manual foi amplamente utilizado, tendo em vista a realizao de programas intensivos de pavimentao lanados em seguidos exerccios, propiciando, inclusive, a instalao de um parque industrial com empresas de construo altamente eficientes.

    Ocorre que o progresso tecnolgico presente ao longo dos anos, no s quantos aos materiais e tcnicas de construo, mas tambm quanto aos equipamentos em uso, conduziu necessidade de reviso e atualizao dessa 1 Edio do Manual.

    Em 1996 procedeu o DNER, sob a Coordenao do IPR, a reviso e atualizao supracitadas, dando origem 2 Edio do Manual de Pavimentao.

    Passados praticamente 10 anos dessa 2 Edio, e tendo permanecido em evoluo o processo de progresso tecnolgico, julgou o DNIT ser apropriado que se procedesse a um novo processo de reviso e atualizao do Manual que, ainda sob a Coordenao do IPR, d origem a esta 3 Edio do Manual de Pavimentao.

    A par da adequao das atividades ambientais aos mais recentes procedimentos metodolgicos estabelecida pelo DNIT, e de pequenos ajustamentos na redao dos textos, e na montagem dos quadros e grficos ilustrativos, do processo de reviso e atualizao agora realizado resultou basicamente um re-ordenamento dos diversos temas que constituem o Manual, no tendo havido modificaes conceituais que pudessem implicar em seu contedo tcnico.

    Basicamente, as modificaes estruturais desta 3 Edio, em relao edio anterior, se consubstanciou na eliminao do Captulo 3 Definies Bsicas, na incorporao do texto sobre Anlise Mecanicista no item 4.3 Projeto de Pavimentao e a excluso das referncias Reciclagem do Pavimento, tema que constar, com mais propriedade , do manual de Reabilitao de Pavimentos Asflticos. A par das atualizaes

  • 15

    22 -- MMAATTEERRIIAAIISS IINNCCOORRPPOORRAADDOOSS SS OOBBRRAASS DDEE PPAAVVIIMMEENNTTAAOO

  • 17

    2 MATERIAIS INCORPORADOS S OBRAS DE PAVIMENTAO

    2.1 MATERIAIS TERROSOS

    2.1.1 INTRODUO

    Solo, do latim solum, o material da crosta terrestre, no consolidado, que ordinariamente se distingue das rochas, de cuja decomposio em geral provm, por serem suas partculas desagregveis pela simples agitao dentro da gua [Holanda, A. Buarque de].

    Geologicamente, define-se solo como o material resultante da decomposio das rochas pela ao de agentes de intemperismo.

    No mbito da engenharia rodoviria, considera-se solo todo tipo de material orgnico ou inorgnico, inconsolidado ou parcialmente cimentado, encontrado na superfcie da terra. Em outras palavras, considera-se como solo qualquer material que possa ser escavado com p, picareta, escavadeiras, etc., sem necessidade de explosivos.

    2.1.2 ORIGEM DOS SOLOS

    Com base na origem dos seus constituintes, os solos podem ser divididos em dois grandes grupos: solo residual, se os produtos da rocha intemperizada permanecem ainda no local em que se deu a transformao; solo transportado, quando os produtos de alterao foram transportados por um agente qualquer, para local diferente ao da transformao.

    2.1.2.1 SOLOS RESIDUAIS

    Os solos residuais so bastante comuns no Brasil, principalmente na regio Centro-Sul, em funo do prprio clima.

    Todos os tipos de rocha formam solo residual. Sua composio depende do tipo e da composio mineralgica da rocha original que lhe deu origem. Por exemplo, a decomposio de basaltos forma um solo tpico conhecido como terra-roxa, de cor marrom-chocolate e composio argilo-arenosa. J a desintegrao e a decomposio de arenitos ou quartzitos iro formar um solos arenosos constitudo de quartzo. Rochas metamrficas do tipo filito (constitudo de micas) iro formar um solo de composio argilosa e bastante plstico. O Quadro 5 apresenta alguns exemplos.

    Tabela 1 - Decomposio de Rochas

    Tipo de rocha Composio mineral Tipo de solo Composio

    basalto plagioclsio piroxnios

    argiloso (pouca areia)

    argila

    quartzito quartzo arenoso quartzo

    filitos micas

    (sericita) argiloso argila

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    Tipo de rocha Composio mineral Tipo de solo Composio

    granito quartzo

    feldspato mica

    areno-argiloso (micceo)

    quartzo e argila (micceo)

    calcrio calcita argila

    No existe um contato ou limite direto e brusco entre o solo e a rocha que o originou. A passagem entre eles gradativa e permite a separao de pelo menos duas faixas distintas; aquela logo abaixo do solo propriamente dito, que chamada de solo de alterao de rocha, e uma outra acima da rocha, chamada de rocha alterada ou rocha decomposta (Figura 1).

    Figura 1 - Perfil Resultante da Decomposio das Rochas

    A SOLORESIDUAL

    B SOLO DEALTERAODE ROCHA

    C ROCHAALTERADA

    D ROCHA S

    O solo residual subdividido em maduro e jovem, segundo o grau de decomposio dos minerais.

    O solo residual um material que no mostra nenhuma relao com a rocha que lhe deu origem. No se consegue observar restos da estrutura da rocha nem de seus minerais.

    O solo de alterao de rocha j mostra alguns elementos da rocha-matriz, como linhas incipientes de estruturas ou minerais no decompostos.

    A rocha alterada um material que lembra a rocha no aspecto, preservando parte da sua estrutura e de seus minerais, porm com um estgio de dureza ou resistncia inferior ao da rocha.

    A rocha-s a prpria rocha inalterada.

    As espessuras das quatro faixas descritas so variveis e dependem das condies climticas e do tipo de rocha.

    A ao intensa do intemperismo qumico nas reas de climas quentes e midos provoca a decomposio profunda das rochas com a formao de solos residuais, cujas propriedades dependem fundamentalmente da composio e tipo de rocha existente na rea. Basicamente, numa regio de granito e gnaisse distinguem-se trs zonas distintas de material decomposto. Prximo superfcie, ocorre um horizonte de caractersticas silto-arenosas e finalmente aparece uma faixa de rocha parcialmente decomposta

  • 19

    (tambm chamada de solo de alterao de rocha), na qual se pode distinguir ainda a textura e estrutura da rocha original. Esse horizonte corresponde a um estgio intermedirio entre solo e rocha. Abaixo desta faixa, a rocha aparece ligeiramente decomposta ou fraturada, com transies para rocha-s.

    No se deve imaginar que ocorra sempre uma decomposio contnua, homognea e total na faixa de solo (regolito). Isso porque em certas reas das rochas pode haver minerais mais resistentes decomposio, fazendo com que essas reas permaneam como blocos isolados, englobados no solo. Esses blocos, s vezes de grandes dimenses, so conhecidos como mataces e so bastante comuns nas reas de granitos, gnaisse e basaltos. Exemplos dessas ocorrncias aparecem na Serra do Mar.

    2.1.2.2 SOLOS TRANSPORTADOS

    Os solos transportados formam geralmente depsitos mais inconsolidados e fofos que os residuais, e com profundidade varivel. Nos solos transportados, distingue-se uma variedade especial que o solo orgnico, no qual o material transportado est misturado com quantidades variveis de matria orgnica decomposta, que em quantidades apreciveis, forma as turfeiras. Como exemplo, tem-se o trecho da Via Dutra, prximo a Jacare, em So Paulo, apresentando sempre danos no pavimento.

    De um modo geral, o solo residual mais homogneo do que o transportado no modo de ocorrer, principalmente se a rocha matriz for homognea. Por exemplo, uma rea de granito dar um solo de composio areno-siltosa, enquanto uma rea de gnaisses e xistos poder exibir solos areno-siltosos e argilo-siltosos, respectivamente. O solo transportado, de acordo com a capacidade do agente transportador, pode exibir grandes variaes laterais e verticais na sua composio. Por exemplo: um riacho que carregue areia fina e argila para uma bacia poder, em perodos de enxurrada, transportar tambm cascalho, provocando a presena desses materiais intercalados no depsito. A Figura 2 ilustra um local de solos transportados.

    Figura 2 - Local de Solos Transportados

    CASCALHO

    ARGILA

    AREIA

    FURO 2FURO 1

    Entre os solos transportados, necessrio destacar-se, de acordo com o agente transportador, os seguintes tipos ainda: coluviais, de aluvio, elicos (dunas costeiras). No sero considerados os glaciais, to comuns da Europa, Amrica do Norte, etc. e a variao elica (loess), uma vez que ambos no ocorrem no Brasil.

  • 20

    O solo residual mais comum e de ocorrncia generalizada, enquanto que o transportado ocorre somente em reas mais restritas.

    2.1.2.2.1 SOLOS DE ALUVIO

    Os materiais slidos que so transportados e arrastados pelas guas e depositados nos momentos em que a corrente sofre uma diminuio na sua velocidade constituem os solos aluvionares ou aluvies. claro que ocorre, ao longo de um curso d'gua qualquer, uma seleo natural do material, segundo a sua granulometria e dessa maneira deve ser encontrado, prximo s cabeceiras de um curso d'gua, material grosseiro, na forma de blocos e fragmentos, sendo que o material mais fino, como as argilas, levado a grandes distncias, mesmo aps a diminuio da capacidade de transporte do curso d'gua. Porm, de acordo com a variao do regime do rio, h a possibilidade de os depsitos de aluvies aparecerem bastante heterogneos, no que diz respeito granulometria do material.

    Os depsitos de aluvio podem aparecer de duas formas distintas: em terraos, ao longo do prprio vale do rio, ou na forma de depsitos mais extensos, constituindo as plancies de inundao. Estas ltimas so bastante freqentes ao longo dos rios. So exemplos os rios Tiet, Paran, etc. So os banhados, vrzeas e baixadas de inundao.

    Como exemplos de depsitos de aluvio, citam-se os depsitos de argila cermica nos banhados da rea de Avanhandava, Rio Tiet em So Paulo, e os de cascalho, usados como agregado natural para concreto, encontrados ao longo do Rio Paran, e sendo bastante utilizados como agregado. A melhor fonte de indicao de reas de aluvio, de vrzeas e plancies de inundao a fotografia area. Embora os solos que constituem os aluvies sejam, via de regra, fonte de materiais de construes, so, por outro lado, pssimos materiais de fundaes.

    2.1.2.2.2 SOLOS ORGNICOS

    Os locais de ocorrncia de solos orgnicos so em reas topogrficas e geograficamente bem caracterizadas: em bacias e depresses continentais, nas baixadas marginais dos rios e nas baixadas litorneas. Como exemplo dessas ocorrncias, tem-se no estado de So Paulo a faixa ao longo dos rios Tiet e Pinheiros, dentro da cidade de So Paulo. Neste caso, a urbanizao da cidade mascarou parte da extensa faixa de solo de aluvio orgnico. Exemplo de ocorrncias de solos de origem orgnica em baixadas litorneas so encontrados nas cidades de Santos e do Rio de Janeiro e na Baixada do Rio Ribeira, em So Paulo. Para a abertura da Linha Vermelha no Rio de Janeiro, que atravessa regio de manguesais com grandes espessuras de argila orgnica, foi necessrio a construo de uma laje de concreto apoiada em estacas para servir de infra-estrutura ao pavimento. Uma sondagem na Av. Presidente Vargas, no Rio de Janeiro, mostra a partir da superfcie, 10 m de areia mdia a fina, compacta, arenosa dura e rija. Na Figura 3, apresentado um exemplo de processo construtivo de rodovia sobre solos orgnicos.

  • 21

    Figura 3 - As Bases Sucessivas da Construo de Rodovia na Baixada

    2.1.2.2.3 SOLOS COLUVIAIS

    Os depsitos de coluvio, tambm conhecidos por depsitos de tlus, so aqueles solos cujo transporte deve exclusivamente ao da gravidade (Figura 4). So de ocorrncia localizada, situando-se, via de regra, ao p de elevaes e encostas, etc. Os depsitos de tlus so comuns ao longo de rodovias na Serra do Mar, no Vale do Paraba, etc. A composio desses depsitos depende do tipo de rocha existente nas partes mais elevadas. A existncia desses solos normalmente desvantajosa para projetos de engenharia, pois so materiais inconsolidados, permeveis, sujeitos a escorregamentos, etc.

  • 22

    Figura 4 - Depsitos de Tlus

    GRANITOTLUS

    TLUS

    ARENITO

    2.1.2.2.4 SOLOS ELICOS

    So de destaque, apenas os depsitos ao longo do litoral, onde formam as dunas, no sendo comuns no Brasil. O problema desses depsitos existe na sua movimentao. Como exemplo, temos os do estado do Cear, e os de Cabo Frio no Rio de Janeiro.

    2.1.3 DESCRIO DOS SOLOS

    A terminologia de Solos e Rochas - TB-3 (de 1969), da ABNT, e a TER-268/94, do DNER, estabelecem que os solos sero identificados por sua textura (composio granulomtrica), plasticidade, consistncia ou compacidade, citando-se outras propriedades que auxiliam sua identificao, como: estrutura, forma dos gros, cor, cheiro, friabilidade, presena de outros materiais (conchas, materiais vegetais, micas, etc).

    Sob o ponto de vista de identificao, a textura, uma das mais importantes propriedades dos solos,mesmo que no seja suficiente para definir e caracterizar o comportamento geral desses materiais. De fato, no caso de solos de granulao fina, a presena da gua entre os gros, em maior ou menor quantidade, confere ao solo um comportamento diverso sob ao de cargas, enquanto os solos de granulao grossa no so afetados, praticamente, pela presena de gua.

    Para fins de terminologia , ainda, uma tradio a diviso dos solos, sob o ponto de vista exclusivamente textural, em fraes diversas, cujos limites convencionais superiores e inferiores das dimenses variam conforme o critrio e as necessidades das organizaes tecnolgicas e normativas. O DNIT adota a seguinte escala granulomtrica, considerando as seguintes fraes de solo:

    a) Pedregulho: a frao do solo que passa na peneira de (3") e retida na peneira de 2,00 mm (n 10);

    b) Areia: a frao do solo que passa na peneira de 2,00 mm (n 10) e retida na peneira de 0,075 mm (n 200);

    c) Areia grossa: a frao compreendida entre as peneiras de 2,0 mm (n 10) e 0,42 mm (n 40);

  • 23

    d) Areia fina: a frao compreendida entre as peneiras de 0,42 mm (n 40) e 0,075 mm (n 200);

    e) Silte: a frao com tamanho de gros entre a peneira de 0,075 mm (n 200) e 0,005 mm;

    f) Argila: a frao com tamanho de gros abaixo de 0,005 mm (argila coloidal a frao com tamanho de gros abaixo de 0,001 mm).

    Na natureza, os solos se apresentam, quase sempre, compostos de mais de uma das fraes acima definidas. Uma dada frao, nesses casos, pode influir de modo marcante no comportamento geral dos solos (principalmente os naturais). H necessidade de levar em conta todas as propriedades, alm da distribuio granulomtrica. Sob esse aspecto, ento, empregam-se as seguintes denominaes:

    a) Areias e Pedregulhos (solos de comportamento arenoso) - so solos de granulao grossa, com gros de formas cbicas ou arredondadas, constitudos principalmente de quartzo (slica pura). Seu comportamento geral pouco varia com a quantidade de gua que envolve os gros. So solos praticamente desprovidos de coeso: sua resistncia deformao depende fundamentalmente de entrosamento e atrito entre os gros e da presso normal ( direo da fora de deformao) que atua sobre o solo.

    b) Siltes - so solos intermedirios, podendo tender para o comportamento arenoso ou para o argiloso, dependendo da sua distribuio granulomtrica, da forma e da composio mineralgica de seus gros. Assim, usar-se-o as designaes de silte arenoso ou silte argiloso, conforme a tendncia preferencial de comportamento.

    c) Argilas (solos de comportamento argiloso) - so solos de granulao fina, com gros de formas lamelares, alongadas e tubulares (de elevada superfcie especfica1), cuja constituio principal de minerais arglicos: caulinita, ilita e montmorilonita, isto , silicatos hidratados de alumnio e/ou ferro e magnsio, que formam arcabouos cristalinos constitudos de unidades fundamentais. Devido finura, forma e composio mineralgica de seus gros, o comportamento geral das argilas varia sensivelmente com a quantidade de gua que envolve tais gros. Assim, apresentam esses solos em determinada gama de umidade, caractersticas marcantes de plasticidade, permitindo a mudana de forma (moldagem) sem variao de volume, sob a ao de certo esforo. Sua coeso funo do teor de umidade: quanto menos midas (mais secas), maior a coeso apresentada, podendo variar o valor da coeso (do estado mido ao seco), numa dada argila, entre limites bem afastados.

    NOTA: Superfcie especfica a superfcie por unidade de volume ou de massa da partcula.

    Nessa base de consideraes poder-se- ter um mesmo solo designado de duas maneiras diversas, conforme o critrio adotado:

    d) silte argilo-arenoso - ponto de vista exclusivamente textural - indicando predominncia, em peso, da frao silte, seguida da frao argila, e em menor proporo, a frao areia;

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    e) argila silto-arenosa - ponto de vista de comportamento geral - a frao argila impe suas propriedades ao conjunto, mesmo quando no predominante em peso.

    So usados, tambm, na descrio de solos, alguns termos como os seguintes:

    a) Turfa - solo sem plasticidade, com grande percentagem de partculas fibrosas de material ao lado de matria orgnica coloidal, marrom-escuro a preto, muito compressvel, e combustvel quando seco;

    b) Cascalho - solo com grande percentagem de pedregulho, podendo ter diferentes origens - fluvial, glacial e residual; o cascalho de origem fluvial chamado comumente de seixo rolado;

    c) Solo latertico - um solo que ocorre comumente sob a forma de crostas contnuas, como concrees pisolticas isoladas ou, ainda, na forma de solos de textura fina mas pouco ou nada ativos. Suas cores variam do amarelo ao vermelho mais ou menos escuro e mesmo ao negro. Diversas designaes locais existem para os solos ou cascalhos laterticos, tais como: piarra, recife, tapiocanga e mocoror;

    d) Saibro - solo residual areno-argiloso, podendo conter pedregulhos, proveniente de alterao de rochas granticas ou gnissicas;

    e) Topsoil - solo areno-siltoso, com pouca ou nenhuma argila, encontrado nas camadas superficiais de terrenos de pequena declividade, ou nas partes baixas de bacias hidrogrficas.

    f) Massap - solo argiloso, de plasticidade, expansibilidade e contratilidade elevadas, encontrado, principalmente, na bacia do Recncavo Baiano. Suas caractersticas decorrem da presena da montmorilonita. No Paran, materiais semelhantes so designados sabo-de-caboclo.

    2.1.4 IDENTIFICAO DOS SOLOS

    Para facilidade de identificao dos solos, sob o ponto de vista do seu comportamento, existe uma srie de testes simples, visuais e manuais, prescindindo de qualquer instrumento de laboratrio, que permitem distinguir entre um tipo e outro de solo. A seguir so enumerados e sucintamente explicados tais testes:

    a) Teste Visual - que consiste na observao visual do tamanho, forma, cor e constituio mineralgica dos gros do solo - teste que permite distinguir entre solos grossos e solos finos.

    b) Teste do Tato - que consiste em apertar e friccionar, entre os dedos, a amostra de solo: os solos speros so de comportamento arenoso e os solos macios so de comportamento argiloso.

    c) Teste do Corte - que consiste em cortar a amostra com uma lmina fina e observar a superfcie do corte: sendo polida (ou lisa), tratar-se- de solo de comportamento argiloso; sendo fosca (ou rugosa), tratar-se- de solo de comportamento arenoso.

  • 25

    d) Teste da Dilatncia (tambm chamado da mobilidade da gua ou ainda da sacudidela) - que consiste em colocar na palma da mo uma pasta de solo (em umidade escolhida) e sacud-la batendo leve e rapidamente uma das mos contra a outra. A dilatncia se manifesta pelo aparecimento de gua superfcie da pasta e posterior desaparecimento, ao se amassar a amostra entre os dedos: os solos de comportamento arenoso reagem sensvel e prontamente ao teste, enquanto que os de comportamento argiloso no reagem.

    e) Teste de Resistncia Seca - que consiste em tentar desagregar (pressionando com os dedos) uma amostra seca do solo: se a resistncia for pequena, tratar-se- de solo de comportamento arenoso; se for elevada, de solo de comportamento argiloso.

    2.1.5 PROPRIEDADES GERAIS DOS SOLOS

    2.1.5.1 FORMA DAS PARTCULAS

    A parte slida de um solo constituda por partculas e gros que tm as seguintes formas:

    a) esferoidais;

    b) lamelares ou placides;

    c) fibrosas.

    As partculas esferoidais possuem dimenses aproximadas em todas as direes e podero, de acordo com a intensidade de transporte sofrido, serem angulosas ou esfricas. Exemplo: solos arenosos ou pedregulhos.

    Nos solos de constituio granulomtrica mais fina, onde as partculas so microscpicas, apresentam-se lamelares e placides, ou seja, h predomnio de duas das dimenses sobre a terceira.

    As partculas com forma fibrosa ocorrem nos solos de origem orgnica (turfosos), onde uma das dimenses predomina sobre as outras duas.

    A forma das partculas influi em certas caractersticas dos solos. Assim, por exemplo, as partculas placides e fibrosas podem se dispor em estrutura dispersa e oca, ocasionando porosidade elevada.

    2.1.5.2 NDICES FSICOS

    Os ndices fsicos so relaes entre volume e peso das fases (slida, lquida e gasosa) do solo. So utilizados na definio de propriedades fsicas dos solos.

  • 26

    Figura 5 - ndices Fsicos

    Onde:

    Var = volume de ar (gases ou vapor)

    Va = volume de gua

    Vg = volume de gros slidos

    Vt = Vv + Vg = volume total

    Vv = Vt - Vg = volume de vazios km

    Pa = peso de gua

    Pg = peso dos gros slidos

    Par = peso de ar (desprezvel)

    Pt = Pa + Pg = peso total

    a) ndice de vazios

    eVV

    v

    g=

    b) Porosidade

    nVV

    v

    t=

    c) Teor de umidade (higroscpica, natural ou de saturao, conforme as condies do

    solo)

    hPP

    a

    g= x 100

  • 27

    NOTA: Pa = Ph - Pg, em que Ph o peso do material mido e Pg o do material seco em estufa a 105 - 110 C at constncia de peso.

    d) Grau de saturao

    100VV

    Sv

    a =

    e) Grau de aerao

    AVV

    ar

    t= x 100

    f) Percentagem de ar (air-voids)

    100 x t

    ar

    VVa =

    g) Massa especfica real dos gros de solo

    = PV

    gg

    g NOTA: Determina-se g pelo mtodo do picnmetro (ver Mtodo DNER-ME 093/94). O

    valor de g utilizado nos clculos da anlise granulomtrica por sedimentao, na determinao de relaes volumtricas das fases do solo e como indicao da natureza mineralgica do solo ou de suas fraes. Encontram-se, em geral, valores compreendidos entre 2,60 g/cm3 e 2,80 g/cm3. A areia quartzosa apresenta g de 2,67 g/cm3 e os cascalhos ferruginosos valores superiores a 3,0 g/cm3.

    h) Massa especfica aparente mida

    h tt

    PV

    = i) Massa especfica aparente seca

    t

    gs V

    P=

    hh hh

    s +=+=

    100100

    1001

    j) Massa especfica aparente do solo saturado (Vv = Va)

    sat tt

    a g

    t

    v a l v g

    ta g =

    PV

    = P + P

    V =

    V x + (V - V ) x V

    = n + (1 - n)

    k) Massa especfica aparente do solo submerso subm = sat - a = (l - n) (g - a) (ao do empuxo hidrosttico)

    NOTA: Os ndices de a) a f) so adimensionais e os de g) a k) so dimensionais. As densidades se obtm, dividindo as diversas massas especficas pela da gua a (g/cm3), temperatura do ensaio; nos ensaios correntes, poder-se- considerar a = l g/cm3.

  • 28

    Na Figura 6, tem-se, de forma esquemtica, as correlaes dos diversos ndices fsicos e as frmulas que permitem calcul-las, diretamente, a partir de valores de pesos e volumes determinados em laboratrio.

    Figura 6 - Correlaes entre os Diversos ndices Fsicos

    Vt Pt Pg g

    g PtVt=

    h Pt=Pg

    Pgg= ge

    sI+h=h

    e = sg

    l S = eh A = Sl

    nl+e=e

    set= g(l-n)+nsubn = ( - ) (l-n)g e

    S = 100

    Determinaesfundamentais nolaboratrio

    Recipientede volumeconhecido Balana PicnmetroBalana

    2.1.5.3 PROPRIEDADES FSICAS E MECNICAS

    Dentre as propriedades fsicas e mecnicas de maior interesse no campo rodovirio, destacam-se as seguintes: permeabilidade, capilaridade, compressibilidade, elasticidade, contratilidade e expansibilidade e resistncia ao cisalhamento.

    a) Permeabilidade

    a propriedade que os solos apresentam de permitir a passagem da gua sob a ao da gravidade ou de outra fora. A permeabilidade dos solos medida pelo valor do coeficiente de permeabilidade (k), que definido como a velocidade de escoamento de gua, atravs da massa do solo, sob a ao de um gradiente hidrulico unitrio. Esse coeficiente pode ser determinado, no campo ou no laboratrio.

    A permeabilidade de um solo funo, principalmente, do seu ndice de vazios, do tamanho mdio dos seus gros e da sua estrutura.

    Os pedregulhos e as areias so razoavelmente permeveis; as argilas, ao contrrio, so pouco permeveis. Ainda sob o ponto de vista de granulometria, os solos granulares, de graduao aberta, so mais permeveis do que os de graduao densa.

  • 29

    b) Capilaridade

    a propriedade que os solos apresentam de poder absorver gua por ao da tenso superficial, inclusive opondo-se fora da gravidade.

    A altura que a gua pode atingir num solo, pela ao capilar, funo inversa do tamanho individual dos vazios e, portanto, do tamanho das partculas do solo. Alm disso, num dado solo, no processo de ascenso capilar, medida que a gua sobe a velocidade diminui.

    A altura de ascenso capilar nos pedregulhos e nas areais grossas desprezvel, nas areias finas de poucos centmetros e nas argilas pode atingir a vrios metros.

    c) Compressibilidade

    a propriedade que os solos apresentam de se deformar, com diminuio de volume, sob a ao de uma fora de compresso.

    A compressibilidade manifesta-se, quer na compactao dos solos no saturados, quer no adensamento ou consolidao dos solos saturados. No caso da compactao, a reduo de vazios d-se custa da expulso de ar, enquanto no adensamento, faz-se pela expulso da gua.

    A velocidade de adensamento de um solo saturado funo de sua permeabilidade. Nos solos arenosos, o adensamento rpido; nos argilosos lento, podendo prolongar-se por muitos anos quando se tratar de argilas moles ou muito moles.

    O estudo do adensamento lento apresenta interesse especial no caso de aterros executados sobre camadas espessas de argila compressvel. Na escolha do tipo de pavimento dever-se-, nesse caso, considerar a ocorrncia de recalques diferenciais.

    d) Elasticidade

    a propriedade que os solos apresentam de recuperar a forma primitiva cessado o esforo deformante; no sendo os solos perfeitamente elsticos, tal recuperao parcial.

    Para cargas transientes ou de curta durao, como as do trfego, verifica-se a recuperao quase completa das deformaes do subleito e do pavimento, desde que aquele tenha sido compactado convenientemente e este, dimensionado de modo a evitar deformaes plsticas de monta.

    A repetio de deformaes elsticas excessivas nos pavimentos resulta em fissuramento dos revestimentos betuminosos (ruptura por fadiga).

    As deformaes elsticas dos subleitos tm sido chamadas de resilientes, visto dependerem de fatores que no se costumam associar ao comportamento de outros materiais de construo (ao, concreto, etc). No caso dos solos, aqueles fatores incluem a estrutura e as propores das trs fases (slida, lquida e gasosa) logo aps a compactao do subleito e durante a vida til do pavimento.

    Assume especial importncia, atualmente, a considerao da elasticidade dos subleitos no desenvolvimento dos mtodos de dimensionamento de pavimentos baseados na aplicao da teoria da elasticidade.

  • 30

    e) Contratilidade e Expansibilidade

    So propriedades caractersticas da frao argila e, por isso, mais sensveis nos solos argilosos. Contratilidade a propriedade dos solos terem seu volume reduzido por diminuio de umidade. Expansibilidade a propriedade de terem seu volume ampliado por aumento de umidade.

    f) Resistncia ao Cisalhamento

    A ruptura das massas de solo d-se por cisalhamento, isto , por deformao distorcional.

    Figura 7 - Resistncia ao Cisalhamento

    C

    A resistncia ao cisalhamento regida pela Lei de Coulomb (Figura 7) cuja expresso :

    = e tg + c ou

    = (t - u)tg+c em que:

    = resistncia ao cisalhamento (ou corte); = ngulo de atrito interno; e = presso efetiva normal ao plano de cisalhamento; t = presso total normal ao plano de cisalhamento; u = presso neutra (no contribui para a resistncia ao cisalhamento) ou presso nos poros (ar e gua);

    c = coeso (resistncia ao cisalhamento quando a presso efetiva e nula). Entre os fatores extrnsecos que influem no valor de , esto a velocidade de aplicao dos esforos e a maior ou menor facilidade de escoamento do fluido contido nos poros. Tal influncia condiciona os tipos clssicos de ensaios de cisalhamento: rpido, rpido-

  • 31

    adensado e lento, executados em laboratrios de solos, nos aparelhos de compresso simples e/ou triaxial, e de cisalhamento direto.

    Os fatores intrnsecos dividem-se em: fsicos e fsico-qumicos.

    Os fatores fsicos dependem da presso efetiva normal ao plano de ruptura, e so significativos para as partculas arenosas. Compreendem o atrito ou frico entre as partculas e o entrosamento das partculas.

    Os fatores fsico-qumicos da resistncia ao cisalhamento so os que se manifestam na coeso; tm importncia no caso da argila, pois nas fraes coloidais que as foras intergranulares so significativas em relao s massas das partculas. Estas foras resultam das atraes intermoleculares (foras de Van Der Waals), nos pontos de mais prximo contato, e das repulses eletrostticas dos ons dispersos na dupla camada que envolve as partculas coloidais. A gua absorvida, apesar de sua viscosidade elevada, no aumenta a coeso, pelo contrrio, tende a reduzi-la.

    A cimentao das partculas pelos xidos de ferro e alumnio e pelos carbonatos, que se precipitam em torno dos pontos de contato, contribui para a coeso. Existem, por exemplo, depsitos de laterita formados pela precipitao dos xidos de ferro e alumnio, transportados pelas guas do solo, em terrenos aluvionares que, deste modo, adquirem coeso. Nos solos residuais, a coeso pode resultar da cimentao dos gros por produtos remanescentes da rocha de origem ou precipitados no perfil do solo.

    Aspecto importante a levar em conta, em projetos de pavimentos, o comportamento dos solos compactados. Tenha-se em vista que os solos usados nos subleitos ou em camadas dos pavimentos so geralmente retirados de jazidas, transportados, misturados ou no com outros solos ou pedras, umedecidos ou secados, e compactados com rolos p-de-carneiro, pneumticos e vibratrios. A resistncia ao cisalhamento desses solos depende ento, fundamentalmente, da estrutura assumida por eles, em funo do tipo de compactao empregado.

    A deformao plstica (ruptura por cisalhamento) de um subleito sob a ao da carga no pavimento evitada ou reduzida, dando-se ao pavimento uma espessura suficiente de modo a limitar as tenses de cisalhamento no subleito a valores compatveis com a resistncia ao cisalhamento do solo. Esta, entretanto, raramente determinada mediante os ensaios clssicos da Mecnica dos Solos. Razes de ordem prtica levam a adotar ensaios como o de penetrao de um pisto (CBR) ou do estabilmetro (de HVEEM), em que se determinam ndices ou resistncias que se correlacionam experincia de comportamento de pavimentos sob condies de trfego diversas.

    2.1.6 CARACTERSTICAS DOS SOLOS

    2.1.6.1 GRANULOMETRIA (DNER - ME 051/94 E DNER - ME 080/94)

    A anlise granulomtrica consiste na determinao das porcentagens, em peso, das diferentes fraes constituintes da fase slida do solo. Para as partculas de solo maiores do que 0,075 mm (peneira n 200 da ASTM) o ensaio feito passando uma amostra do solo por uma srie de peneiras de malhas quadradas de dimenses padronizadas.

  • 32

    Pesam-se as quantidades retiradas em cada peneira e calculam-se as porcentagens que passam em cada peneira.

    Damos abaixo as aberturas das malhas das peneiras normais da ASTM mais usadas nos laboratrios rodovirios.

    Tabela 2 - Granulometria

    N Abertura

    mm

    200 0,075

    100 0,15

    40 0,42

    10 2,09

    4 4,8

    Tabela 3 - Correlao das Aberturas das Peneiras em Polegadas e Milmetros

    Abertura Abertura

    pol. mm

    3/8 9,5

    3/4 19,1

    1 25,4

    1 1/2 38,1

    2 50,8

    Para as partculas de solo menores do que 0,075 mm utiliza-se o mtodo de sedimentao contnua em meio lquido. Este mtodo baseado na lei de Stokes, a qual estabelece uma relao entre o dimetro das partculas e a sua velocidade de sedimentao em um meio lquido de viscosidade e peso especfico conhecidos.

    dn= 1800 g a - x

    at

    onde:

    d = dimetro equivalente da partcula, isto , o dimetro de uma esfera de mesmo peso especfico e que sedimenta com a mesma velocidade;

    = peso especfico das partculas de solo; n = coeficiente de viscosidade do meio dispersor;

    a = altura de queda das partculas, correspondentes leitura do densmetro;

    t = tempo de sedimentao.

    A porcentagem de material ainda no sedimentado dada pela frmula:

  • 33

    QLP

    g

    g

    c

    s=

    1 x

    onde:

    Q = porcentagem de solo em suspenso no instante da leitura do densmetro;

    = porcentagem de material que passa na peneira de 2,0 mm (peneira n 10); Lc = Leitura corrigida do densmetro (Lc = L + L; em que L a decimal da leitura na parte superior do menisco multiplicada por 103 e L a correo); Ps = peso do solo seco usado na suspenso;

    Para maiores detalhes do mtodo de sedimentao, ver o mtodo DNER-ME 051/94.

    Com os resultados obtidos no ensaio de granulometria traa-se a curva granulomtrica em um diagrama semi-logartmico que tem como abscissa os logaritmos das dimenses das partculas e como ordenadas as porcentagens, em peso, de material que tem dimenso mdia menor que a dimenso considerada (porcentagem de material que passa).

    Segundo a forma da curva, podemos distinguir os seguintes tipos de granulometria uniforme (curva-A); bem graduada (curva-B); mal graduada (curva-C).

    Figura 8 - Dimenses das Partculas

    CB A

    Dimenses das Partculas

    100

    % q

    ue p

    assa

    Na prtica, utilizam-se faixas granulomtricas entre as quais dever se situar a curva granulomtrica do material a utilizar. Tem-se, assim, as faixas granulomtricas para materiais a serem usados como solo estabilizado ou as faixas granulomtricas para materiais filtrantes dos drenos. Quando o solo estudado no se enquadrar dentro da faixa granulomtrica especificada, deve-se mistur-lo com outro solo, de maneira a obter uma mistura com granulometria dentro das especificaes.

  • 34

    A anlise granulomtrica no basta, por si s, para caracterizar um solo sob todos os aspectos que interessam tcnica rodoviria, devendo ser completada, na maioria das vezes, por outros ensaios.

    a) Ensaios de Granulometria por Peneiramento

    Toma-se uma amostra representativa do solo a ser ensaiado e pesa-se. Tem-se, ento, o peso de amostra mida que deve ser aproximadamente 1500 g. Passa-se toda a amostra na peneira n 10. A frao retida ser lavada na peneira n 10, para eliminar todo o material fino aderente s partculas de solo. Transfere-se o solo lavado para uma cpsula e seca-se a temperatura de 105 C a 110 C. Faz-se, ento o peneiramento do solo at a peneira n 10. Da frao que passa na peneira n 10 toma-se cerca de 100 g para o peneiramento fino (da peneira n 10 de n 200), e cerca de 50 g para determinao da umidade higroscpica. Lava-se a amostra destinada ao peneiramento fino na peneira n 200, seca-se a parte retida, em estufa a 105 C a 110 C, procedendo-se, ento, ao peneiramento entre as peneiras n 10 e n 200.

    b) Ensaios de Granulometria por Sedimentao

    O Ensaio realizado, com a frao da amostra representativa do solo que passa na peneira n 10. Toma-se cerca de 120 g, no caso de solos arenosos, ou cerca de 70 g, no de solos siltosos ou argilosos, daquela frao e coloca-se em um recipiente com gua destilada, devendo o solo permanecer em imerso durante 18 horas. Passando este tempo, adicionam-se 20 cm de deflocutante. Leva-se ao dispersor. Transfere-se o solo dispersado para um proveta de capacidade de 1000 ml. Completa-se o volume adicionado gua destilada at o trao indicando 1000 ml. Agita-se, deposita-se a proveta e faz-se as leituras densimtricas de acordo com os tempos especificados para o ensaio de sedimentao, que so: 30 segundos, 1 minuto, 2 minutos, 4 minutos, 8 minutos, 15 minutos, 30 minutos, 60 minutos, 240 minutos e 1500 minutos. Terminando o ensaio de sedimentao, lava-se o solo na peneira n 200, seca-se em estufa temperatura de 105 C a 110 C, procedendo-se ao peneiramento compreendido entre as peneiras n 10 e n 200.

    Para o clculo da granulometria por sedimentao necessrio conhecer o peso especfico dos gros do solo. O ensaio para determinao do peso especfico dos gros do solo realizado com um picnmetro de 500 ml e usando a frao da amostra representativa do solo que passa na peneira n 10 e coloca-se em uma cpsula com gua destilada em quantidade suficiente para se obter pasta fluida. Coloca-se a pasta no dispersor e liga-se este durante 15 minutos. Transfere-se a amostra para o picnmetro e junta-se gua destilada at aproximadamente metade de seu volume. Faz-se vcuo no picnmetro durante 15 minutos, no mnimo, para extrair o ar contido na amostra e, em seguida, adiciona-se gua destilada at a marca de calibrao. Enxuga-se o picnmetro e pesa-se, anotando-se, a seguir, a temperatura da gua.

    Tira-se, na curva de calibrao, o peso do picnmetro cheio de gua, para a temperatura do ensaio. O peso especfico dos gros do solo dado pela frmula:

    g ss a as

    PP P P

    = + + at

  • 35

    sendo,

    g = peso especfico real dos gros do solo, em g/cm3; Ps = peso em gramas do solo seco em estufa a 105 C - 110 C;

    Pa = peso em gramas do picnmetro cheio de gua temperatura t;

    Pas = peso em gramas do picnmetro, mais solo, mais gua;

    at = peso especfico da gua (g/cm3) temperatura do ensaio. (Nos ensaios correntes poder-se- considerar at = 1 g/cm3) Com os valores obtidos no ensaio de sedimentao, e conhecido o peso especfico dos gros do solo, calculam-se os dimetros d das partculas, pela lei de Stokes, para cada leitura do densmetro.

    A porcentagem de solo em suspenso Q no instante da leitura densimtrica calculada pela expresso vista anteriormente. Com os valores de d e Q podemos traar a curva granulomtrica.

    2.1.6.2 LIMITES DE CONSISTNCIA

    Esses limites permitem avaliar a plasticidade dos solos. Esta propriedade dos solos argilosos consiste na maior ou menor capacidade de serem eles moldados sem variao de volume, sob certas condies de umidade. Entre os ensaios de rotina, objetivando a caracterizao de um solo segundo sua plasticidade, esto a determinao do limite de liquidez e a do limite de plasticidade. Quando a umidade de um solo muito grande, ele se apresenta como um fluido denso e se diz no estado lquido.A seguir, medida que se evapora a gua, ele se endurece, passando do estado lquido para o estado plstico. A umidade correspondente ao limite entre os estados lquido e plstico denominada limite de liquidez. Ao continuar a perda de umidade, o estado plstico desaparece, passando o solo para o estado semi-slido. Neste ponto, a amostra de solo se desagrega ao ser trabalhado. A umidade correspondente ao limite entre os estados plsticos e semi-slido denominada limite de plasticidade. Continuando a secagem, ocorre a passagem para o estado slido. O limite entre esses dois ltimos estados denominado limite de contrao.

    LL LP LC

    _______ ________ _________ _____________ umidade

    estado estado estado estado decrescendo

    lquido plstico semi-slido slido

    A diferena numrica entre o limite de liquidez (LL) e o limite de plasticidade (LP) fornece o ndice de plasticidade (IP)

    IP = LL - LP

    Este ndice define a zona em que o terreno se acha no estado plstico e, por ser mximo para as argilas e mnimo para as areias, fornece um valioso critrio para se avaliar o carter argiloso de um solo. Quanto maior o IP, tanto mais plstico ser o solo. O ndice de plasticidade funo da quantidade de argila presente no solo, enquanto o limite de

  • 36

    liquidez e o limite de plasticidade so funes da quantidade e do tipo de argila. Quando um material no tem plasticidade (areia, por exemplo), escreve-se IP = NP (no plstico).

    O limite de liquidez indica a quantidade de gua que pode ser absorvida pela frao do solo que passa pela peneira n 40. Observa-se que quanto maior o LL tanto mais compressvel o solo.

    a) Ensaio do Limite de Liquidez (DNER-ME 122/94)

    O ensaio do limite de liquidez realizado em um aparelho denominado aparelho de Casagrande, que consiste essencialmente de uma concha metlica que, acionada por uma manivela, golpeia a base do citado aparelho. O ensaio feito com a frao da amostra representativa do solo que passa na peneira de 0,42 mm de abertura de malha (peneira n 40).

    A quantidade de material necessria para o ensaio de cerca de 70 g. Colocam-se os 70 g de material em uma cpsula e homogeneiza-se com adio de gua, aos poucos, at resultar massa plstica. Transfere-se parte da massa plstica, assim obtida, para a concha do aparelho, moldando-a de modo que, na parte central da concha, apresente uma espessura aproximada de 1 cm. Com um dos cinzis, o julgado mais aconselhvel para o caso (solo arenoso, siltoso ou argiloso), divide-se a massa do solo contida na concha em duas partes, abrindo-se uma canelura em seu centro, normalmente articulao da concha. Coloca-se a concha no aparelho, procedendo-se, por meio de acionamento da manivela, o golpeamento da concha contra a base do aparelho. Golpeia-se razo de duas voltas por segundo at que as bordas inferiores da canelura se unam em 1 cm de comprimento, sendo registrado o nmero de golpes e retirada uma pequena quantidade de solo no ponto onde a canelura fechou, para determinao do teor de umidade.

    O limite de liquidez ser determinado em um grfico de coordenadas retangulares no qual, no eixo das abcissas e em escala aritmtica, so apresentadas as porcentagens de umidade e no eixo das ordenadas em escala logartmicas so representados os nmeros de golpes. Os pontos obtidos no grfico originam uma reta. O ponto de ordenadas 25 golpes determina, no eixo das abcissas, uma umidade que o limite de liquidez do solo ensaiado.

    b) Ensaio do Limite de Plasticidade (DNER-ME 082/94)

    O ensaio do limite de plasticidade realizado com uma frao da amostra representativa do solo que passa na peneira de 0,42mm de abertura de malha (peneira n 40). A quantidade de material necessria para o ensaio de cerca de 50g. A amostra colocada em uma cpsula e homogeneizada com adio de gua aos poucos, at resultar massa plstica. Com uma quantidade de massa plstica obtida, forma-se uma pequena bola, que ser rolada sobre uma placa de vidro esmerilhada com presso suficiente da mo, de modo a resultar a forma de cilindro. Quando este atingir a 3mm (verificado com o cilindro de comparao) sem se fragmentar, amassa-se o material e procede-se como anteriormente. Repete-se a operao at que, por perda de umidade, o cilindro se fragmenta quando atingir 3 mm de dimetro. Transfere-se alguns pedaos do cilindro fragmentado para um recipiente e determina-se a umidade em estufa temperatura de 105 C - 110C. Repete-se o procedimento

  • 37

    acima referido at serem obtidos 3 valores que no difiram da respectiva mdia de mais de 5%.

    2.1.6.3 NDICE DE GRUPO

    Chama-se ndice de Grupo a um valor numrico, variando de 0 a 20, que retrata o duplo aspecto de plasticidade e graduao das partculas do solo. O IG calculado pela frmula:

    IG = 0,2 a + 0,005 ac + 0,01 bd

    em que:

    a = % de material que passa na peneira n 200, menos 35. Se a % obtida nesta diferena for maior que 75, adota-se 75; se for menor que 35, adota-se 35. (a varia de 0 a 40).

    b = % de material que passa na peneira n 200, menos 15. Se a % obtida nesta diferena for maior que 55, adota-se 55; se for menor que 15, adota-se 15. (b varia de 0 a 40).

    c = Valor do Limite de Liquidez menos 40. Se o Limite de Liquidez for maior que 60, adota-se 60; se for menor que 40, adota-se 40 (c varia de 0 a 20).

    d = Valor de ndice de Plasticidade menos 10. Se o ndice de Plasticidade for maior que 30, adota-se 30; se for menor que 10, adota-se 10 (d varia de 0 a 20).

    2.1.6.4 EQUIVALENTE DE AREIA (EA) (DNER ME 054/94)

    Equivalente de Areia a relao entre a altura de areia depositada aps 20 minutos de sedimentao e a altura total de areia depositada mais a de finos (silte e argila) em suspenso, aps aquele mesmo tempo de sedimentao, numa soluo aquosa de cloreto de clcio.

    O Equivalente de Areia utilizado no controle de finos de materiais granulares usados em pavimentao.

    2.1.6.5 NDICE DE SUPORTE CALIFRNIA (CALIFORNIA BEARING RATIO) (DNER ME 049/94)

    O ensaio de CBR consiste na determinao da relao entre a presso necessria para produzir uma penetrao de um pisto num corpo-de-prova de solo, e a presso necessria para produzir a mesma penetrao numa brita padronizada.

    O valor dessa relao, expressa em percentagem, permite determinar, por meio de equaes empricas, a espessura de pavimento flexvel necessria, em funo do trfego.

    Em linhas gerais, a seqncia do ensaio a seguinte:

    a) Compacta-se no molde o material, em cinco camadas iguais de modo a se obter uma altura total de solo com cerca de 12,5 cm, aps a compactao. Cada camada recebe 12 golpes do soquete (caso de materiais para subleito), 26 ou 55 (caso de materiais para sub-base e base), caindo de 45,7 cm, distribudos uniformemente sobre a superfcie da camada. O peso do soquete de 4,5 kg.

  • 38

    b) Aps a compactao, rasa-se o material na altura exata do molde e retira-se do material excedente da moldagem uma amostra representativa com cerca de 100g para determinar a umidade.

    c) Compactam-se outros corpos-de-prova com teores crescentes de umidade, tantas vezes quantas necessrias para caracterizar a curva de compactao.

    d) Colocam-se os corpos-de-prova imersos em gua durante quatro dias.

    e) A penetrao dos corpos-de-prova feita numa prensa (Figura 9), a uma velocidade constante de 0,05 pol/min.

    f) Traa-se a curva presso-penetrao conforme mostrado na Figura 10. Caso exista um ponto de inflexo, traa-se uma tangente curva nesse ponto at que ela intercepte o eixo das abcissas; a curva corrigida ser ento essa tangente mais a poro convexa da curva original, considerada a origem mudada para o ponto em que a tangente corta o eixo das abcissas. Seja c a distncia desse ponto origem dos eixos. Soma-se s abcissas dos pontos correspondentes as penetraes de 0,1 e 0,2 polegadas a distncias c. Com isso obtm-se, na curva traada, os valores correspondentes das novas ordenadas, que representam os valores das presses corrigidas para as penetraes referidas.

    g) O ndice de suporte Califrnia (CBR), em percentagem, para cada corpo-de-prova obtido pela frmula:

    CBR = presso calculada ou presso corrigida presso padro

    Adota-se para o ndice CBR o maior dos valores obtidos nas penetraes de 0,1 e 0,2 polegadas.

    h) Para o clculo do ndice de Suporte Califrnia (CBR) final, registram-se de preferncia, na mesma folha em que se representa a curva de compactao, usando a mesma escala das umidades de moldagem, sobre o eixo das ordenadas, os valores dos ndices do Suporte Califrnia (CBR) obtidos, correspondentes aos valores das umidades que serviram para a construo da curva de compactao. O valor da ordenada desta curva, correspondente umidade tima j verificada, mostra o ndice de suporte Califrnia (Figura 11).

  • 39

    Figura 9 - Prensa para ndice de Suporte Califrnia

    Anel DinamomtricoCalibrado

    Macaco

  • 40

    Figura 10 - Curva Presso Penetrao

    P1

    P'1

    P2

    P'2

    c

    c

    01 02 03 04 05

    P/ " penetrao/pol

    P P' presses corrigidas para 01" e 02"1 2P P presses corrigidas para 01" e 02"1 2

    PR

    ES

    SO

    kg/

    cm

    Figura 11 - Curvas Massa Especfica - Umidade e CBR-Umidade

    UMIDADE TIMA

    MASSA ESPECFICA APARENTE SECA MXIMA

    CBR

    MA

    SS

    A ES

    PE

    CF

    ICA

    APA

    REN

    TE S

    EC

    AN

    DIC

    E D

    E S

    UP

    OR

    TE C

    ALI

    F

    RN

    IA

  • 41

    2.1.7 COMPACTAO DOS SOLOS

    Compactao a operao da qual resulta o aumento da massa especfica aparente de um solo (e de outros materiais, como misturas betuminosas, etc), pela aplicao de presso, impacto ou vibrao, o que faz com que as partculas constitutivas do material entrem em contato mais ntimo, pela expulso de ar; com a reduo da percentagem de vazios de ar, consegue-se tambm reduzir a tendncia de variao dos teores de umidade dos materiais integrantes do pavimento, durante a vida de servio.

    Embora de longa data seja prtica corrente a compactao de solos, s na dcada de 30 foram estabelecidos, por R. R. Proctor e O. J. Porter, os princpios que regem a compactao dos solos.

    Tomando uma massa de solo mido Ph, com um dado volume inicial, num cilindro e aplicando-lhe um certo nmero n de golpes atravs da queda de altura H, de um soquete de peso P, resulta, aps compactao, um certo volume V, chama-se energia de compactao ou esforo de compactao ao trabalho executado, referido unidade de volume de solo aps a compactao.

    Neste caso, a energia ou esforo de compactao, Ec dada por:

    En x P x H

    c = V Estando o solo num teor de umidade h%, resulta, aps compactao:

    a) uma massa especfica aparente mida

    h hPV= b) uma massa especfica aparente seca

    s h h= + x 100

    100 O procedimento descrito a denominada compactao dinmica em laboratrio, que a correntemente utilizada para fins rodovirios, e o mtodo de ensaio, ao qual se far referncia depois, indica como proceder, especialmente como obter sempre o mesmo volume V aps a compactao.

    Os princpios gerais que regem a compactao so os seguintes:

    a) a massa especfica aparente seca (s) de um solo, obtida aps a compactao, depende da natureza do solo, de sua granulometria e da massa especfica dos gros (g); varia, aproximadamente, entre os valores 1400kg/m3 e 2300 kg/m3;

    b) para um dado solo e para um dado esforo de compactao, variando-se o teor de umidade do solo, pode-se traar uma curva de compactao (Figura 12); h um teor de umidade chamado umidade tima (hot), ao qual corresponde uma massa especfica aparente seca mxima (s.max);

    c) para um dado solo (Figura 13), quanto maior for a energia de compactao, tanto maior ser o s e tanto menor ser hot;

  • 42

    d) para um dado solo e para um dado teor de umidade h, quanto maior for o esforo de compactao, tanto maior ser o s obtido (Figura 13);

    e) h uma chamada linha de timos, que o lugar geomtrico dos vrtices das curvas obtidas com diferentes esforos de compactao; a linha de timos separa os chamados ramos secos e ramos midos das curvas de compactao (Figura 13);

    f) para um dado solo, a massa especfica aparente seca mxima varia linearmente com o logaritmo de energia de compactao.

    H dois valores de s de um solo que tem sentido fsico bem definido: a) a massa especfica aparente seca no estado solto, que a obtida sem exercer

    nenhum esforo de compactao sobre o solo, sendo um limite inferior de s; b) a massa especfica aparente seca mxima de um solo compactado at a eliminao

    dos vazios e que se confunde com a massa especfica dos gros (g), sendo um limite superior de s, inatingvel.

    Figura 12 - Grfico de Compactao

    h ot h

    curva de saturaos

    s.mx.

  • 43

    Figura 13 - Curvas de Compactao para Diferentes Energias

    h

    curva de saturao

    linha detimos

    s

    Com baixos teores de umidade (h), os solos oferecem resistncia compactao, resultando baixos valores de s (para uma dada energia de compactao) e altas percentagens de vazios de ar (a%); quando h aumenta, a gua atua como lubrificante, tornando o solo mais trabalhvel, resultando maiores valores de s e menores valores de a %; quando os vazios de ar diminuem e atingem um certo valor (para uma dada energia de compactao), a gua e o ar, em conjunto, tendem a manter as partculas de solo afastadas, dificultando qualquer diminuio posterior dos vazios de ar. Aumentando-se os teores de umidade (h) de compactao, os vazios totais (ocupados por ar e por gua) continuam a crescer, resultando em menores valores de s. Resulta, disso, como j se viu, a noo de smax e hot. O efeito do acrscimo da energia nos valores de s, mais sensvel, para teores de umidade inferiores a hot (como decorre da prpria forma das curvas de compactao), onde so maiores as percentagens de vazios de ar.

    Os solos bem graduados, geralmente apresentam curvas de compactao com um mximo pronunciado, ao contrrio dos solos de graduao uniforme, que se caracterizam por curvas achatadas.

    Na construo de todas as camadas de um pavimento, intervm a operao de compactao, cujos objetivos so obter uma mxima estabilidade e atenuar os recalques devidos ao trfego. Um pavimento, durante sua vida de servio, sofrer deformaes elsticas (inevitveis) e deformaes plsticas, que podem ter uma dupla origem:

    a) com escoamento lateral, o volume aproximadamente constante e correspondente a falta de estabilidade;

    b) com diminuio de volume, o que significar recalques e aumento da compacidade.

  • 44

    No se deve perder de vista que as condies de rolamento de um pavimento ou o desempenho de sua superfcie, durante a vida de servio, dependem muito de uma compactao bem executada durante a construo, sendo de todo interesse, pois, uma boa compacidade inicial, sobre a qual o trfego, em si mesmo no ter muito efeito. Este objetivo no pode, no entanto, obviamente, ser alcanado de um modo absoluto, e variaes acidentais no teor de umidade, no prprio solo e no emprego do equipamento de compactao, conduzem a variaes na compacidade, na estabilidade e na umidade finais dos materiais.

    Pode-se dizer que, de modo quase geral, com um aumento de compacidade, h um aumento de resistncia a cisalhamento, e uma diminuio da deformabilidade. Muitas vezes, no entanto, em casos especiais (como no caso de solos expansivos), until uma compacidade inicial muito elevada, que no se manter em servio.

    a) Ensaio de Compactao (DNER - ME 129/94)

    O ensaio original para determinao da umidade tima e da massa especfica aparente seca mxima de um solo o ensaio de Proctor, proposto em 1933, pelo engenheiro americano que lhe deu o nome. Este ensaio, hoje em dia conhecido como ensaio normal de Proctor (ou AASHTO Standard), padronizado pelo DNER, consiste em compactar uma amostra dentro de um recipiente cilndrico, com aproximadamente 1000 cm3, em trs camadas sucessivas, sob a ao de 25 golpes de um soquete, pesando 2,5 kg, caindo de 30 cm de altura.

    O ensaio repetido para diferentes teores de umidade, determinando-se, para cada um deles, a massa especfica aparente seca. Com valores obtidos traa-se a curva s = f (h), onde se obter o ponto correspondente a s.mx e hot. Para o traado da curva conveniente a determinao de uns cinco pontos, procurando-se fazer com que dois deles se encontrem no ramo seco, um prximo a umidade tima e os outros dois no ramo mido.

    A energia de compactao desse ensaio de aproximadamente 6 kg x cm/cm3.

    Evidentemente, se o esforo de compactao for outro, obter-se-o valores diferentes para s.mx e hot. O ensaio , pois, convencional. Proctor estudou-o para os casos prticos da poca. Atualmente, tendo em vista o maior peso dos equipamentos de compactao, tornou-se necessrio alterar as condies do ensaio, para manter a indispensvel correlao com o esforo de compactao no campo. Surgiu, assim, o ensaio modificado de Proctor ou AASHTO modificado. Nesta nova modalidade de ensaio, embora a amostra seja compactada no mesmo molde, isto feito, no entanto, em cinco camadas, sob a ao de 25 golpes de um peso de 4,5 kg, caindo de 45 cm de altura. A energia especfica de compactao , para este ensaio, da ordem de 25 kg x cm/cm3.

    Posteriormente, alguns rgos rodovirios adotaram em seus ensaios uma energia de compactao intermediria as dos ensaios de Proctor, normal e modificado.

    b) Compactao no Campo

    Os princpios gerais que regem a compactao no campo, so semelhantes aos de laboratrios, no entanto, entre outras coisas, podem ser assinaladas:

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    no h, necessariamente, igualdade entre as energias de compactao no campo e no laboratrio, conduzindo a um mesmo s para um dado teor de umidade e isto se deve, principalmente, s diferenas de confinamento do solo, no campo (em camadas) e no laboratrio (no interior de um cilindro);

    os equipamentos de compactao conduzem a linhas de timos, diferentes das de laboratrio, podendo estar mais ou menos prximas das linhas de saturao;

    como est implcito no item acima, podem ser diferentes os teores de umidade, h, de campo e de laboratrio, para um mesmo s de um mesmo material;

    so diferentes as estruturas conferidas ao solo no campo e em laboratrio, o que repercute diretamente na estabilidade alcanada.

    Pode-se definir a energia ou esforo de compactao no campo (especialmente no caso de equipamento rebocado), como o produto da fora exercida na barra de trao pelo caminho percorrido, dividido pelo volume de solo compactado; esta fora, que corresponde a uma resistncia ao rolamento, diminui, no entanto medida que o solo se densifica e uma das maneiras indiretas de se constatar o fim da eficincia do equipamento no aumento da densidade do solo, isto , a inutilidade, do ponto de vista prtico, de se aumentar o nmero de passadas.

    Do ponto de vista da simplicidade, comum considerar-se, apenas, que, para um dado equipamento, a energia ou esforo de compactao diretamente proporcional ao nmero de passada e inversamente proporcional espessura da camada compactada. Para variar o esforo de compactao no campo, o engenheiro pode atuar:

    no nmero de passadas, devendo lembrar-se, naturalmente, que s cresce linearmente com o logaritmo do nmero de passadas;

    na espessura da camada compactada; Porter afirma que o esforo necessrio para obter-se um determinado s varia na razo direta do quadrado desta espessura e, assim, por exemplo para uma espessura de 20 cm, o nmero de passadas n quatro vezes o necessrio para uma espessura de 10 cm [n = (20/10) 2];

    mudando as caractersticas do equipamento: peso total, presso de contato ou o prprio tipo de equipamento.

    A energia de compactao no campo pode ser aplicada, como em laboratrio, de trs maneiras diferentes, citadas na ordem decrescente da durao das tenses impostas:

    presso; impacto; vibrao. Pode-se dizer, tambm que o equipamento de compactao dividido em trs grandes categorias:

    rolos estticos compreendendo o